塑料封装器件塑料界面分层失效分析案例

C－SAN（声学扫描）、X－RAY分析应用（四）

——塑料封装器件塑料界面分层失效分析案例

编写：李少平

在塑料封装器件中，塑料与芯片、塑料与基板（功率器件的散热器、单片IC

的芯片支架、多心芯片或BGA封装形式的PCB板等）之间的界面容易出现分层

的现象。因为塑料与其他材料之间的界面属于粘合结构，界面的两种材料通过分

子之间的作用力结合在一起，而不是两种材料互溶、互扩散、形成化合物的结构。

塑料封装器件塑料与其他材料之间的界面出现分层现象，可引起器件性能下

降、甚至失效。如：分层发生在塑料与芯片的界面，一方面，可引起芯片的键合

引线由于机械拉伸，键合引线（包括内、外键合点）产生机械损伤而导致连接电

阻增大或开路；另方面，可引起芯片表面钝化层损伤，导致芯片漏电增加、击穿

电压下降、金属化条断裂等；再者，塑料与芯片界面的分层，导致水汽更容易进

入到芯片表面，使芯片性能下降。

塑料封装器件塑料与其他材料界面一旦发生分层现象，即使分层面积小，但

已经分层的部位是分层面积扩大的源，在器件使用过程中，由于热变应力或机械[url]http://www.[/url]可靠性.com

应力的作用，分层不断扩展，随着分层面积的增大，最终导致器件失效。

塑料与其他材料之间的界面分层的原因多种多样，如注件表面污染，注塑工

艺条件不良，热变应力引起的剪切应力，机械应力，水汽侵入及热应力引起的爆

米花效应。等等。

下面以塑料封装三端稳压器塑料与散热器之间的界面分离的分析，说明C－

SAN在界面分层分析中的应用。

塑料封装功率器件材料界面分层分析案例

失效过程：生产好的成品测试合格后入库，在正常环境下存放一个月后，重

新测试，发现有10%左右的样品失，失效模式多为输出电压不在合格范围内。

电分析证明失效样品输出电压不符合输出规定，输出电压或增大、或变小，

不同样品输出电压不一样。

经C－SAN（声学扫描）观察，发现：所有失效样品塑料与散热器之间的界

面，塑料与芯片之间的界面存在分层现象，典型的界面分层图形见图1、图2。
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A塑料与散热器之间界面C－B塑料与芯片之间界面C－

SAN观察形貌SAN观察形貌

图11＃失效样品C－SAN观察

A塑料与散热器之间界面C－B塑料与芯片之间界面C－SAN观察形貌SAN观察形貌

图22＃失效样品C－SAN观察

图1、图2可见，塑料与散热器之间的界面已经大面积分层，塑料与芯片也

存在局部的分层，而且塑料与芯片的分层均在芯片边缘处，与塑料、散热器的分

层面连接在一起，因此，有理由相信，塑料与芯片的分层是塑料与散热器器的分

层引起的。

失效样品经过24h、100℃高温烘烤后，输出电压均恢复到产品的规定范围

内，证明三端稳压器输出电压异常是由于芯片表面受到水汽侵蚀引起的。

失效样品经开封后，芯片表面的观察分析可见，芯片有源区未见任何过电痕

迹，也未见芯片表面明显的损伤，典型芯片形貌件图3。可排除过电引起的失效。[url]http://KeKaoXing.com[/url]

图3芯片表面典型形貌（未见过电图4塑料与散热器界面在散热器侧

和损伤）形貌形貌（表面存在焊剂）

失效样品经机械方法开封，将芯片与散热器之间的界面分开，可观察到散热

器面存在焊剂，见图4。焊剂的存在，影响了塑料与散热器之间界面的粘合。

结论：散热器与塑料界面分层，引起芯片与塑料之间的界面分层，由于塑料

界面分层，导致水汽侵蚀，水汽对芯片发生作用，引起芯片稳压功能失效。

案例提示：

①塑料封装器件塑料与其他材料之间的界面容易发生分层；

②C－SAN（声学扫描）是塑料封装器件塑料与其他材料界面分层分析的

有效分析手段。

③塑料封装器件的采购认可，批次检验认可（或鉴定）应考虑采用C－SAN

观察分析塑料界面是否存在分层。